JP2006506537A - Apparatus and method for forming materials - Google Patents

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Abstract

本出願は、複数の調節モジュール(4)の第1の開口部と第1の端部にて接続された少なくとも1つの第1の貯槽(1)を備える、押し出し装置に関する。この調節モジュールまたは紡糸口金は、ドープ材料(25)をそこから押し出すことのできる筒状通路(17)を含む。この押し出し装置(4)は、断面積1平方メートル当たり少なくとも1,000の筒状通路(17)を有する。The present application relates to an extrusion device comprising at least one first reservoir (1) connected at a first opening and a first end of a plurality of adjustment modules (4). The adjustment module or spinneret includes a cylindrical passage (17) through which the dope material (25) can be extruded. The extrusion device (4) has at least 1,000 cylindrical passages (17) per square meter of cross-sectional area.

Description

本発明は、高分子溶液(この術語は蛋白質溶液またはセルロース溶液を含む)などの液体溶液からフィラメント、繊維、リボン、シートまたは他の固体製品などの押し出し材料を形成するための装置および方法に関する。   The present invention relates to an apparatus and method for forming extruded materials, such as filaments, fibers, ribbons, sheets or other solid products, from liquid solutions such as polymer solutions (the term includes protein or cellulose solutions).

フィラメントまたは繊維を製造する方法はこの分野で長い間知られている。例えば、溶融紡糸技術が高分子溶液から繊維を製造するために使用される。英国特許出願第441440号明細書(Ziegrer)は、凝固させるための液体の原材料を多孔質の磁器チューブを通すことによってフィラメントを製造する一技術を開示する。この開示では、フィラメントは多孔質の磁器チューブの端部から出てくる。作用媒質は、チューブの孔を通して、多孔質の磁器チューブ内に導入される。   Methods for producing filaments or fibers have long been known in the art. For example, melt spinning techniques are used to produce fibers from polymer solutions. British Patent Application No. 441440 (Ziegrer) discloses a technique for producing filaments by passing a liquid raw material for solidification through a porous porcelain tube. In this disclosure, the filament emerges from the end of the porous porcelain tube. The working medium is introduced into the porous porcelain tube through the pores of the tube.

最近、高分子フィラメント、繊維、リボン、またはシートの製造を可能とする改良されたプロセスおよび装置の発達にかなりの関心が存在する。高分子の分子の向きおよび互いに相互作用する仕方を操作することによって、高い引張り強さと靭性を有する材料を得ることが理論的に可能である。強い、靭性のあるフィラメント、繊維、またはリボンは、生まれながらして、例えば、縫合糸、糸、コード、ロープ、巻かれたまたは織られた材料などの製造に有用である。それらは、靭性のある弾性複合材料を製造するために、他の充填粒子と共にまたは充填粒子なしで基材内に混和することもできる。繊維またはリボンのいずれからか形成されたシートも、靭性のある積層複合材を形成するために互いに積み重ねることができる。   Recently there has been considerable interest in the development of improved processes and equipment that allow the production of polymer filaments, fibers, ribbons or sheets. It is theoretically possible to obtain materials with high tensile strength and toughness by manipulating the orientation of the macromolecular molecules and the way they interact with each other. Strong, tough filaments, fibers or ribbons are naturally useful in the manufacture of, for example, sutures, yarns, cords, ropes, wound or woven materials. They can also be incorporated into the substrate with or without other filler particles to produce a tough elastic composite. Sheets formed from either fibers or ribbons can also be stacked together to form a tough laminated composite.

天然の絹は、蚕(Bombyx mori)および他の無脊椎動物種(invertebrate species)から生み出される精細な、光沢のあるフィラメントである。それらは、材料の製造に現在使用される合成高分子と比較して有利な点がある。ある種の蜘蛛のしおり糸絹(dragline silk)の引っ張り強さおよび靭性は、最も靭性のある最強の人工繊維であるケブラー(Kevler)(商標)の強さおよび靭性を超えることができる。蜘蛛のしおり糸絹はまた、高い熱的安定性を有する。絹の多くは生分解可能であり、環境内に残留しない。それらはリサイクル可能であり、水のみを溶媒として使用し、高効率な低圧かつ低温プロセスで製造される。天然の紡糸プロセスは、蛋白質の水溶液を靭性のある高不溶性材料に帰結させる点で驚くべきものである。   Natural silk is a fine, shiny filament produced from Bombyx mori and other invertebrate species. They have advantages compared to the synthetic polymers currently used for the production of materials. The tensile strength and toughness of certain silkworm dragline silks can exceed the strength and toughness of Kevler ™, the toughest and strongest artificial fiber. Silkworm bookmark silk also has high thermal stability. Many silks are biodegradable and do not remain in the environment. They are recyclable and are produced in a highly efficient low pressure and low temperature process using only water as a solvent. The natural spinning process is surprising in that it results in an aqueous protein solution resulting in a tough, highly insoluble material.

Chemical Rubber CompanyのPolymeric Materials Encyclopediaにおいて出版されたJ.Magoshi, Y.Magoshi, M.A.Becker 及び S.Nakamura著の「Biospinning(Silk Fiber Formation, Multiple Spinning Mechanisms)」という名称の論文によれば、天然の絹は、未だ人工の紡糸技術で再現することのできない精巧な紡糸技術によって生産されることが報告されている。   Natural silk Has been reported to be produced by elaborate spinning techniques that cannot yet be reproduced with artificial spinning techniques.

既存の技術プロセスおよび装置によって製造される繊維は、以下の欠点がある。多くは分子の向きがいくらか失われ、結果として機械的特性の劣化に繋がる「ダイスエル(die swell)」を示す。さらに、既存のプロセスはエネルギー効率が良くなく、供給原料の粘度を低下させ、供給原料をダイを通して押し出すことができるようにするために高温と高圧を必要とする。繊維を熱でアニールする、かつ繊維を別の酸またはアルカリ処理浴内を通す処理などの、例えば、さらに「ドローダウン(draw-down)」のための別の段階がしばしば必要になる。   Fibers produced by existing technical processes and equipment have the following disadvantages. Many exhibit “die swell” which results in some loss of molecular orientation, resulting in degradation of mechanical properties. Furthermore, existing processes are not energy efficient and require high temperatures and pressures to reduce the viscosity of the feedstock and allow the feedstock to be extruded through a die. Another step is often necessary, for example, for further “draw-down”, such as annealing the fiber with heat and passing the fiber through another acid or alkali treatment bath.

繊維を製造する改良された方法の一例が、欧州特許出願公開第0656433号明細書(Filtration Systems, Inc.及びJapan Steel Works, Ltd.)により知られており、それは複数の紡糸孔を有するノズル・プレートを教示する。しかしながら、この文献は、紡糸された繊維またはフィラメントがノズル・プレートの出口から出てくるときに起きる、ダイスエルの問題を扱っていない。   An example of an improved method of producing fibers is known from EP 0 656 433 (Filtration Systems, Inc. and Japan Steel Works, Ltd.), which includes a nozzle with a plurality of spinning holes. Teach the plate. However, this document does not address the die swell problem that occurs when spun fibers or filaments exit the nozzle plate exit.

多成分複合繊維を製造するシステムが、欧州特許出願公開第0104081号明細書(Toray Industries)によって知られている。この出願は多数の供給原料を使用する「海の中の島(island-in-sea)」タイプの繊維を製造する紡糸口金アセンブリを開示する。この紡糸口金アセンブリは、複数の繊維を同時に製造するための複数のノズルを備えることができる。しかしながら、この文献は、繊維の寸法および装置の大きさを教示していない。   A system for producing multicomponent composite fibers is known from EP-A-0104081 (Toray Industries). This application discloses a spinneret assembly that produces "island-in-sea" type fibers using multiple feedstocks. The spinneret assembly can include a plurality of nozzles for producing a plurality of fibers simultaneously. However, this document does not teach fiber dimensions and device dimensions.

多数の高強度繊維を迅速に製造することが、いまだ求められている。   There is still a need to rapidly produce a large number of high strength fibers.

本発明のこれらのおよび他の目的は、それを通して材料を押し出すことができる通路を含む複数の調節モジュールの第1の開口部と第1の端部で連結された少なくとも1つの第1の貯槽を有する押し出し装置を提供することによって解決される。この押し出し装置は、断面積1平方メートル当たり少なくとも1,000の通路を有する。この装置を使用することにより、多数の繊維を迅速に製造することができる。通路は、例えば、筒状またはリボン形状とすることができる。   These and other objects of the present invention include at least one first reservoir connected at a first end and a first end of a plurality of adjustment modules including a passage through which material can be extruded. It is solved by providing an extrusion device having. The extrusion device has at least 1,000 passages per square meter of cross-sectional area. By using this apparatus, a large number of fibers can be rapidly produced. The passage can be, for example, cylindrical or ribbon-shaped.

この押し出し装置の有利な一実施形態では、調節モジュールはさらに少なくとも1つの第2の貯槽を備える。第2の貯槽を使用することによって、多成分繊維を製造することができる。   In an advantageous embodiment of the extrusion device, the adjustment module further comprises at least one second reservoir. Multicomponent fibers can be produced by using the second storage tank.

押し出し装置はさらに、圧力センサ、温度センサ、化学センサ、pHセンサ、および/または光散乱センサなどのセンサを備える。これらのセンサは、押し出しプロセスのパラメータを測定し、必要な場合押し出し状態の迅速な調整を行うことができる。   The extrusion device further comprises a sensor such as a pressure sensor, a temperature sensor, a chemical sensor, a pH sensor, and / or a light scattering sensor. These sensors measure the parameters of the extrusion process and can quickly adjust the extrusion conditions if necessary.

これらのセンサは、調節モジュールと一体であることが好ましい。この実施形態では、センサは別々の構成要素として構成されず、調節モジュールの一部として形成される。   These sensors are preferably integral with the adjustment module. In this embodiment, the sensor is not configured as a separate component, but is formed as part of the adjustment module.

押し出し装置は、この押し出し装置を通して供給原料をポンプ輸送するため、調節モジュール内にポンプも有することができる。そのようなポンプは、圧電ポンプ、振動ポンプまたは他の既知のポンプとすることができる。   The extrusion device can also have a pump in the conditioning module for pumping the feedstock through the extrusion device. Such a pump can be a piezoelectric pump, a vibration pump or other known pumps.

通路は流れの入口を有することができる。これらの流れの入口によって、押し出しプロセス中の供給材料に別の材料を加えることができる。そのような別の材料には、最終的に押し出された材料の特性を変えるドーパント(dopant)を含むことができる。この別の材料は、この押し出しプロセスを有利な形で変更することもできる。   The passage may have a flow inlet. These flow inlets allow another material to be added to the feed during the extrusion process. Such another material may include a dopant that alters the properties of the finally extruded material. This alternative material can also advantageously modify this extrusion process.

本発明の一態様では、筒状の通路の内壁は透過性の材料で作られる。これによって、最終の押し出し材料に混和すべき別の材料を内壁を通して拡散させることができる。この調節モジュールは、例えば、射出成形またはレーザ・アブレーションのいずれかによって製造することができる。   In one aspect of the invention, the inner wall of the cylindrical passage is made of a permeable material. This allows another material to be incorporated into the final extruded material to diffuse through the inner wall. This adjustment module can be manufactured, for example, by either injection molding or laser ablation.

使用時の機械的強度の減少に繋がる可能性のあるダイスエルの問題を避けるために、材料は筒状の通路内の外側出口開口部から初回の距離にして少なくとも0.5mmドローダウンされる。   In order to avoid die swell problems that can lead to a reduction in mechanical strength during use, the material is drawn down at least 0.5 mm from the outer outlet opening in the cylindrical passage for the initial distance.

内部ドローダウンは、筒状通路の内側表面上に隆起のある表面(ridged surface)を設けることによって補助される。隆起表面上の隆起の高さは、筒状通路の直径の10%より通常低い。隆起表面上の隆起は、実質上連続であり、筒状通路の長手軸に実質上平行に向いている。この隆起は疎水性の材料で製作するか同材料で被覆することが好ましい。   Internal drawdown is aided by providing a ridged surface on the inner surface of the tubular passage. The height of the ridge on the ridge surface is usually less than 10% of the diameter of the tubular passage. The ridges on the ridge surface are substantially continuous and are oriented substantially parallel to the longitudinal axis of the tubular passage. This ridge is preferably made of a hydrophobic material or coated with the same material.

蜘蛛がしおり糸絹を作り出す方法の発見が本発明の基礎をもたらしている。我々は、上記筒状通路または各筒状通路の壁を該筒状通路の長さ方向に沿って少なくとも部分的に透過性または多孔性、好ましくは選択的に透過性とし、好ましくは該筒状通路にテーパをつけることによって、紡糸溶液のPH、水分量、イオン成分および剪断状況(shear regime)などの特性を押し出しダイの筒状通路の異なる領域で制御することが可能であることを見出した。これは、理想的には紡糸溶液の相平衡状態図を制御することを可能にし、剪断によって誘起された相分離に追従する繊維形成分子の予備配向が可能になり、良好に配向した繊維形成分子を含む不溶性の繊維の形成を可能にする。   The discovery of how to make silkworm silk silk has provided the basis for the present invention. We make the tubular passage or the wall of each tubular passage at least partially permeable or porous, preferably selectively permeable along the length of the tubular passage, preferably the tubular passage It has been found that by tapering the passages, the properties of the spinning solution such as pH, moisture content, ionic composition and shear regime can be controlled in different regions of the extrusion die cylindrical passage. . This ideally makes it possible to control the phase equilibrium diagram of the spinning solution, allowing pre-orientation of the fiber-forming molecules that follow shear-induced phase separation, and well-oriented fiber-forming molecules. Allows the formation of insoluble fibers containing.

かかる筒状通路を画成する壁が、1つまたは複数の区画室を形成するように、前記の囲壁手段によって取り囲まれるのが好都合である。これらの区画室は、1つまたは複数の筒状通路周りのジャケットとして機能する。かかる筒状通路は、好適には、一端に紡糸溶液を受ける入口を、他端に形成されたまたは押し出された材料用の出口を有し、連続して配置される3つの部分に通常分割される。第1の部分または最初のゾーンは、材料をドローダウンによって形成する前に液体供給材料内に繊維形成高分子の分子の予備処理および予備配向を可能にし、第2の領域または次のゾーンは、その中で「糸」のドローダウンが起こり、かつ処理および被覆浴として機能し、第3の部分または最後のゾーンは、制限された断面の出口または開口部を有し、出てくる繊維に伴う「処理浴」の含量の損失を防止し、任意選択の空気吸引段階の開始をもたらす働きをする。   Conveniently, the wall defining such a cylindrical passage is surrounded by said surrounding means so as to form one or more compartments. These compartments function as a jacket around one or more cylindrical passages. Such a cylindrical passage is preferably divided into three parts which are arranged in succession, preferably with an inlet for receiving the spinning solution at one end and an outlet for the material formed or extruded at the other end. The The first portion or first zone allows pre-treatment and pre-orientation of the molecules of the fiber-forming polymer in the liquid feed material prior to forming the material by drawdown, and the second region or next zone is A “yarn” drawdown occurs therein and functions as a treatment and coating bath, with the third part or last zone having a limited cross-section outlet or opening and accompanying the outgoing fiber It serves to prevent loss of the “treatment bath” content and to initiate an optional air suction stage.

上記筒状通路又は各筒状通路の第2の部分内において溶液または溶剤または他の1つまたは複数の相が繊維を取り囲んでいれば、繊維が筒状通路を通って移動し外へ出るときに繊維を潤滑する働きもすることがわかる。   If the solution or solvent or one or more other phase (s) surrounds the fiber in the cylindrical passage or the second portion of each cylindrical passage, the fiber moves through the cylindrical passage and exits It can also be seen that it also serves to lubricate the fibers.

本発明の別の態様では、前記筒状通路又は各筒状通路の壁は、それを通して別の材料が筒状通路内に導入することができる流入口を含むことができる。この別の材料は、押し出しプロセスが行われている状態を変更することができるか、または最終押し出し材料中にドーパントとして混和することができる。   In another aspect of the invention, the tubular passage or the wall of each tubular passage can include an inlet through which another material can be introduced into the tubular passage. This other material can change the state in which the extrusion process is taking place, or can be incorporated as a dopant in the final extrusion material.

本発明の一実施形態では、筒状通路の第1のゾーンまたは第2のゾーン内へ連通するかそれらを取り囲む開口によって、繊維または押し出された材料上に被覆を付与することができる。   In one embodiment of the invention, a coating can be applied on the fibers or extruded material by openings that communicate into or surround the first zone or the second zone of the tubular passage.

各筒状通路の長さの全部または一部分は通常、実質上双曲線状に直径が通常減少する先細り形状を有する。1992年のJournal of Polymer Sciences: Part B: Polymer Physics, Vol 30, 557-561における”Characteristics and Design Procedure of Hyperbolic Die"という題名の文献でのG. Y. Chen, J. A. CuculoおよびP. A. Tuckerによれば、繊維内の分子の向きは、より通常の平行毛細管または円錐ダイの代わりに先細の双曲線形状を有するダイを使用することによって改善することができることが報告されている。   All or a portion of the length of each cylindrical passage typically has a tapered shape that typically decreases in diameter in a substantially hyperbolic fashion. According to GY Chen, JA Cuculo and PA Tucker in the literature entitled “Characteristics and Design Procedure of Hyperbolic Die” in the 1992 Journal of Polymer Sciences: Part B: Polymer Physics, Vol 30, 557-561 It has been reported that the molecular orientation of can be improved by using a die having a tapered hyperbolic shape instead of the more conventional parallel capillary or conical die.

上記筒状通路または各筒状通路の事実上全て、または一部分の形状は、紡糸溶液(ドープ)内の長手方向流速を最適化し、それから製造される形成材料の断面形状を変更するために、変更することができる。上記筒状通路または各筒状通路の一部分または全てのための好ましい実質上双曲線のテーパは、緩徐な実質上一定の長手方向流速を保持し、それによって、長手方向流速の変動またはドープが適切に再配向する前の不溶性の材料の早発形成の結果として起こる、繊維形成分子の望ましくない非配向を防止する。ダイの筒状通路への先細のテーパによって長手方向流が誘起され、長手方向流の周知の原理を活用することによって、ドープ内に含まれる繊維形成分子、短繊維または充填粒子に実質的に軸方向の配列を誘起させる傾向がもたらされる。代替として、先細のダイの替わりにダイの末広の部分による長手方向流の原理を使用して、該ダイの末広部分内を通過する流れの方向と実質的に横方向のフープ方向の配向を誘起することができる。   The shape of virtually all or part of the cylindrical passages or each cylindrical passage is changed to optimize the longitudinal flow rate in the spinning solution (dope) and to change the cross-sectional shape of the forming material produced therefrom. can do. The preferred substantially hyperbolic taper for the tubular passage or a portion or all of each tubular passage maintains a slow, substantially constant longitudinal flow rate, so that longitudinal flow rate variation or dope is adequate Prevent undesired non-orientation of the fiber-forming molecules as a result of premature formation of insoluble material before reorientation. Longitudinal flow is induced by a tapered taper to the cylindrical passage of the die, and by utilizing the well-known principle of longitudinal flow, it is substantially axial to the fiber-forming molecules, short fibers or packed particles contained within the dope. A tendency to induce orientation alignment is provided. Alternatively, use the principle of longitudinal flow by the divergent portion of the die instead of a tapered die to induce a hoop orientation that is substantially transverse to the direction of flow through the divergent portion of the die. can do.

上記筒状通路または各筒状通路の直径は、所望の直径の繊維を製造するために変更することができる。本明細書で開示する本発明の実施形態では、上記筒状通路または各筒状通路の直径は、1平方メートル当たり少なくとも1000本の繊維を製造するように選択しなければならない。   The diameter of the tubular passage or each tubular passage can be varied to produce fibers of the desired diameter. In the embodiments of the invention disclosed herein, the diameter of the tubular passage or each tubular passage must be selected to produce at least 1000 fibers per square meter.

ダイの筒状通路内の液体供給材料のレオロジーは、ほとんどスケールに依存しない。したがって、装置の寸法はスケールアップ、スケールダウンすることができる。筒状通路を先細にすることによって、通常0.01から1000mm/秒の範囲の引き抜き速度の広い範囲を使用することができる。繊維が押し出された場合は、それらは通常0.1から100μmの直径を有する。通常、筒状通路の出口は、1から100μmの直径を有し、筒状通路の入口の直径は、生じさせるのが望ましい伸張流に応じて25から150倍大きい。別の断面形状の筒状通路も、別の断面形状を有する押し出し材料の繊維、平らなリボンまたはシートを製造するために使用することができる。   The rheology of the liquid feed material in the cylindrical passage of the die is almost scale independent. Thus, the dimensions of the device can be scaled up and down. By tapering the cylindrical passage, a wide range of withdrawal speeds, usually in the range of 0.01 to 1000 mm / sec, can be used. If the fibers are extruded, they usually have a diameter of 0.1 to 100 μm. Typically, the outlet of the cylindrical passage has a diameter of 1 to 100 μm, and the diameter of the inlet of the cylindrical passage is 25 to 150 times larger depending on the extension flow that it is desired to produce. Other cross-sectional cylindrical passages can also be used to produce extruded fibers, flat ribbons or sheets having different cross-sectional shapes.

ダイ・アセンブリの上記筒状通路または各筒状通路の壁の全てまたは一部分または複数の部分は、酢酸セルロース系の膜シートなどの選択的に透過性のおよび/または多孔質の材料から構成され、形成され、または鋳造される。この膜は、紡糸に適した状態に蛋白質含有ドープを保持するのに役立つように、ジエチルアミノエチルまたはカルボキシルまたはカルボキシメチル基で置換することができる。この膜は、シリコナイジング(siliconizing)またはシラナイジング(silanizing)された溶液、またはポリテトラフルオロエチレン粒子で、実質的に疎水性にすることもできる。透過性のおよび/または多孔質の材料の別の例には、ポリスルフォン(polysulfone)、ポリエチレンオキシド−ポリスルフォン混合物、シリコーンまたはポリアクリロニトリルから構成される中空繊維などの中空繊維膜がある。半透過性膜用に選択される排除限界は、ドープの構成成分の小さな分子量のサイズに依存するが、通常は12キロダルトン(kDa)より小さい。   All or part or portions of the tubular passage or each tubular passage wall of the die assembly is composed of a selectively permeable and / or porous material such as a cellulose acetate based membrane sheet, Formed or cast. This membrane can be substituted with diethylaminoethyl or carboxyl or carboxymethyl groups to help keep the protein-containing dope in a state suitable for spinning. The membrane can also be made substantially hydrophobic with siliconized or silanized solutions, or polytetrafluoroethylene particles. Another example of a permeable and / or porous material is a hollow fiber membrane, such as a hollow fiber composed of polysulfone, a polyethylene oxide-polysulfone mixture, silicone or polyacrylonitrile. The exclusion limit chosen for the semipermeable membrane depends on the small molecular weight size of the dope components, but is usually less than 12 kilodaltons (kDa).

上記筒状通路または各筒状通路の壁の全てまたは一部分は、選択的に透過性のおよび/または多孔質の材料から多数の異なった方法で構成することができる。例のみとして、選択的に透過性のおよび/または多孔質のシートを適切な形状を有する一片の材料に切断して、溝の上のしかるべき位置に保持して、筒状通路を形成するようにすることができる。代替方法として、選択的に透過性のおよび/または多孔質の材料の2枚のシートを、筒状通路を構成するように分離器の両側のしかるべき位置に保持することができる。代替方法として、1枚のシートを筒状通路を形成するように、丸く曲げることができる。選択的に透過性のおよび/または多孔質の材料の中空チューブもこの筒状通路の全てまたは一部分を構成するために使用することができる。例のみとして、この分野の技能者に通常知られるように、ダイの中にチューブを形成するために種々の方法を使用することができる。   All or part of the tubular passages or the walls of each tubular passage can be constructed in a number of different ways from selectively permeable and / or porous materials. By way of example only, a selectively permeable and / or porous sheet may be cut into a piece of material having an appropriate shape and held in place over the groove to form a cylindrical passage. Can be. As an alternative, two sheets of selectively permeable and / or porous material can be held in place on either side of the separator to form a cylindrical passage. As an alternative, a single sheet can be bent round so as to form a cylindrical passage. A hollow tube of selectively permeable and / or porous material can also be used to construct all or part of this cylindrical passage. By way of example only, various methods can be used to form a tube in a die, as is commonly known to those skilled in the art.

さらに内壁は、事実上平滑に、または壁の少なくとも一部に「隆起」またはバンプを設けることができる。壁内にそのような改変があると、ドローダウン・プロセスの助けになる。そのような隆起またはバンプは、筒状通路の直径の10%より通常低い。   Furthermore, the inner wall can be provided with “bumps” or bumps that are virtually smooth or at least part of the wall. Such a modification in the wall helps the drawdown process. Such ridges or bumps are usually less than 10% of the diameter of the cylindrical passage.

この筒状通路の事実上全て、または一部分または複数の部分に選択的に透過性のおよび/または多孔質の壁を使用することによって、例えば、筒状通路内のドープの繊維形成材料の濃度、溶質成分、イオン成分、pH、絶縁特性、浸透ポテンシャルおよび他の物理化学的特性を透析、逆透析、限外濾過および事前蒸発のよく知られた原理を適用することによって、所望の限度内に適切に制御することができるようになる。電気浸透(electro-osmosis)も筒状通路内のドープの成分を制御するために使用することができる。例えば、筒状通路の出口を通る押し出し中の押し出し製品の直径および/または筒状通路内の逆方向の抵抗などの、形成される製品に関する入力を受ける制御機構を、筒状通路内のドープの、例えば、高分子濃度、溶質成分、イオン成分、pH、絶縁特性、浸透ポテンシャルおよび/または他の物理化学的特性を制御するために使用できることは理解されたい。   By using selectively permeable and / or porous walls in virtually all or part or portions of this tubular passage, for example, the concentration of the dope fiber-forming material in the tubular passage, Appropriate solute, ionic, pH, insulation properties, osmotic potential and other physicochemical properties within desired limits by applying well-known principles of dialysis, reverse dialysis, ultrafiltration and pre-evaporation Will be able to control. Electro-osmosis can also be used to control the composition of the dope in the cylindrical passage. For example, a control mechanism that receives input about the product to be formed, such as the diameter of the extruded product during extrusion through the outlet of the cylindrical passage and / or the reverse resistance in the cylindrical passage, It should be understood that it can be used, for example, to control polymer concentration, solute components, ionic components, pH, insulating properties, osmotic potential and / or other physicochemical properties.

この筒状通路または各筒状通路の壁が、選択的に透過性および/または多孔質であることによって、別の物質を、それらが筒状通路の壁を構成する選択的透過性の材料の排除限界より低い分子量を有する場合は、壁を通して筒状通路内に拡散させることもできる。例のみとして、このようにドープに加えられる追加の物質としては、界面活性剤、ドーパント、被覆剤(coating agent)、架橋剤、硬化剤、および可塑剤などが挙げられる。筒状通路の壁が単純に半透過性ではなく多孔質な場合は、より大きな寸法の凝集体が壁を通過することができる。   This tubular passage or each tubular passage wall is selectively permeable and / or porous, so that another substance can be made of the selectively permeable material that forms the wall of the tubular passage. If it has a molecular weight below the exclusion limit, it can also diffuse through the wall into the cylindrical passage. By way of example only, additional materials thus added to the dope include surfactants, dopants, coating agents, crosslinking agents, curing agents, plasticizers, and the like. If the wall of the tubular passage is simply not semi-permeable and porous, larger size aggregates can pass through the wall.

この筒状通路または複数の通路の壁を取り囲む区画室は、繊維がこの筒状通路を通る時に該繊維を調整処理するための、1つまたは複数のゾーンまたは浴として機能させることができる。追加の処理を材料が筒状通路を出た後で行うこともできる。   The compartment surrounding the wall of the tubular passage or passages can function as one or more zones or baths for conditioning the fibers as they pass through the tubular passage. Additional processing can also be performed after the material exits the cylindrical passage.

この筒状通路または各筒状通路の1つまたは複数の領域を、この筒状通路の選択的に透過性の壁の外表面と接触する溶液、溶剤、ガスまたは蒸気を保持するジャケットまたは複数のジャケットとして機能するように、連続的に配置された1つまたは複数の区画室によって取り囲むことができる。溶液、溶剤、ガスまたは蒸気は、区画室または複数の区画室を通して通常は循環される。この区画室または複数の区画室の壁は、この筒状通路の壁または複数の壁の外側に対して、この分野の技術者に理解されるであろう方法によってシールされる。この区画室または複数の区画室は、この筒状通路または各筒状通路内の化学的および物理的条件を制御するように働く。したがって、この筒状通路を取り囲む区画室は、この筒状通路に沿った任意の点におけるドープ内の正しい処理条件を画成する働きをする。この方法で、ドープがダイの長さを下に移動するときに、温度、静圧力、繊維形成材料の濃度、pH、溶質成分、イオン成分、誘電率、浸透圧または他の物理的または化学的パラメータなどのパラメータを筒状通路の異なる領域で制御することができる。例のみとして、処理環境の連続的に移行する、または階段的な変化を得ることができる。   A jacket or a plurality of jackets or a plurality for holding a solution, solvent, gas or vapor in contact with the outer surface of the selectively permeable wall of the cylindrical passage or one or more regions of each cylindrical passage; It can be surrounded by one or more compartments arranged in series to function as a jacket. The solution, solvent, gas or vapor is usually circulated through the compartment or compartments. The wall of the compartment or compartments is sealed against the outside of the wall or walls of the tubular passageway in a manner that will be understood by those skilled in the art. The compartment or compartments serve to control the chemical and physical conditions within the tubular passage or each tubular passage. Accordingly, the compartment surrounding the cylindrical passage serves to define the correct processing conditions within the dope at any point along the cylindrical passage. In this way, as the dope moves down the die length, temperature, static pressure, concentration of fiber forming material, pH, solute component, ionic component, dielectric constant, osmotic pressure or other physical or chemical Parameters such as parameters can be controlled in different areas of the cylindrical passage. By way of example only, a continuous transition or a step change in the processing environment can be obtained.

選択的に透過性/多孔質の膜を、形成される押し出し材の片側で、もう1つの側と異なる方法で、処理するために使用できることが好都合である。これは、例えば、押し出し材をカールさせ、または撚らせることができるように、押し出し材を非対称に被覆し、またはそれから溶剤を取り除くために使用することができる。   Conveniently, a selectively permeable / porous membrane can be used to treat on one side of the extruded material formed, in a different manner than the other side. This can be used, for example, to coat the extrusion material asymmetrically or to remove the solvent therefrom so that the extrusion material can be curled or twisted.

センサを、温度、圧力、化学成分、pHおよび/または光散乱などのパラメータを測定するために、筒状通路内に含めることができる。センサの結果を使用して、押し出しプロセスの処理パラメータを動的に変更することができる。光散乱センサは、ドープ内の粒子の存在、寸法および分布を検出でき、適切なソフトウエアによって、ドープがゾル状態またはゲル状態のどちらであるかを求めることができる。   Sensors can be included in the cylindrical passage to measure parameters such as temperature, pressure, chemical composition, pH and / or light scattering. Sensor results can be used to dynamically change the processing parameters of the extrusion process. The light scattering sensor can detect the presence, size and distribution of particles within the dope and can determine whether the dope is in a sol or gel state by appropriate software.

ドローダウン・プロセスの全てまたは一部分は、既存の紡糸装置で起きるようなダイ・アセンブリの外面においてではなく、ダイの筒状通路内で通常起きる。この処理は、既存の紡糸装置を超える利点を提供する。ダイの膨張に起因する分子整列の捩れが回避される。ドローダウン・テーパの内部における開始の後のダイ・アセンブリの領域は、押し出し材に被覆または処理を加えるのに使用することができる。さらに、ダイ・アセンブリの最後の部分は、押し出し材を取り囲む溶剤の濃い相によって水潤滑される。   All or part of the drawdown process typically occurs within the die's cylindrical passage, rather than at the outer surface of the die assembly as occurs with existing spinning equipment. This process offers advantages over existing spinning equipment. Twisting of molecular alignment due to die expansion is avoided. The area of the die assembly after the start inside the drawdown taper can be used to apply a coating or treatment to the extrusion. Furthermore, the last part of the die assembly is water lubricated by the solvent rich phase surrounding the extrusion.

例のみとして、この装置は、蜘蛛の組換え絹蛋白質または類似物、または蚕組換え絹蛋白質または類似物、またはそのような蛋白質または蛋白質類似物の混合物、または蚕絹からの再生絹溶液を含む溶液のドープから繊維を形成するために使用することができる。これらのドープを使用するときは、不溶性の材料の早発形成を防止する限界値以上のpHでドープを貯蔵することが必要である。蛋白質または蛋白質類似物を溶液内に保持するために、他の構成成分をドープに加えることができることは理解されたい。次いで、これらの構成物質は、液体ドープから固体製品、例えば、糸または繊維への移行を誘発させることが望ましい筒状通路の適切な部分にドープが達したとき、半透過性のおよび/または多孔質の壁を通して取り除くことができる。次いで、筒状通路内のドープを、透析によって適切な酸または塩基または緩衝溶液に接触させ、ドープの構成成分の蛋白質の1つまたは複数に、凝集または構造変化を誘起する限界値、またはそれに近いpH値にもっていくことができる。そのようなpH変化は、不溶性材料の形成を促進する。揮発性の塩基または酸または緩衝剤も、ドープのpHを所望の値に調整するために、筒状通路を取り囲む区画室またはジャケット内の蒸気相から、この筒状通路または各筒状通路の壁を通して拡散させることができる。pHを調整するための蒸気相処理は、押し出し材料がダイ・アセンブリの出口を離れた後に行うこともできる。   By way of example only, the device comprises a silkworm recombinant silk protein or analogue, or a silkworm recombinant silk protein or analogue, or a mixture of such proteins or protein analogues, or a regenerated silk solution from silkworm silk. Can be used to form fibers from solution dopes. When using these dopes, it is necessary to store the dopes at a pH above a threshold that prevents premature formation of insoluble materials. It should be understood that other components can be added to the dope to keep the protein or protein analog in solution. These constituents are then semi-permeable and / or porous when the dope reaches the appropriate part of the cylindrical passage where it is desirable to induce the transition from a liquid dope to a solid product, such as yarn or fiber. Can be removed through quality walls. The dope in the cylindrical passage is then contacted by dialysis with an appropriate acid or base or buffer solution to induce or cause aggregation or structural change in one or more of the constituent proteins of the dope, or close to it. It can be brought to the pH value. Such a pH change promotes the formation of insoluble materials. Volatile bases or acids or buffering agents can also be used to adjust the dope pH to the desired value from the vapor phase in the compartment or jacket surrounding the tubular passage, and the walls of this tubular passage or each tubular passage. Can diffuse through. Vapor phase treatment to adjust the pH can also take place after the extruded material has left the die assembly outlet.

ドロー速度およびこの筒状通路または各筒状通路の長さ、壁厚、形状および材料成分は、プロセスに最適な異なる滞留時間および処理条件をもたらすためにその長さに沿って変更することができる。   The draw speed and the length, wall thickness, shape and material composition of this or each cylindrical passage can be varied along its length to yield different residence times and processing conditions that are optimal for the process. .

この筒状通路または各筒状通路を画成する壁の1つまたは複数の領域は、筒状通路の長さの内部環境を改変するために、適切な材料によって内面または外面を当分野の技術者に理解できる任意の被覆方法を使用して被覆することによって、非透過性にすることができる。   One or more regions of this cylindrical passage or the walls defining each cylindrical passage may be articulated in the art by means of suitable materials to modify the internal environment of the length of the cylindrical passage. It can be rendered impermeable by coating using any coating method understood by the person skilled in the art.

この筒状通路または各筒状通路の壁の内面は、筒状通路の壁とドープまたは繊維の間の摩擦を減少させるため、適切な材料で被覆することができる。そのような被覆は、液晶高分子がドープ内に含まれている場合、液晶分子の適切な界面分子整列を筒状通路の壁で誘起させるために使用することもできる。   The inner surface of this tubular passage or the wall of each tubular passage can be coated with a suitable material to reduce the friction between the wall of the tubular passage and the dope or fiber. Such a coating can also be used to induce proper interfacial molecular alignment of the liquid crystal molecules at the wall of the cylindrical passage when the liquid crystal polymer is included in the dope.

別の実施形態によれば、繊維または複数の繊維に1つまたは複数の被覆または層を形成させることができるように、2つまたはそれ以上の異なるドープが同じ筒状通路を通り共押出されるように、同心の開口を介してこの筒状通路または各筒状通路の出発点に1つまたは複数の追加の構成成分を供給することができる。   According to another embodiment, two or more different dopes are coextruded through the same cylindrical passage so that the fiber or fibers can be formed with one or more coatings or layers. Thus, one or more additional components can be supplied to this tubular passage or the starting point of each tubular passage through concentric openings.

別の実施形態は、例えば、異なる蛋白質である2つまたはそれ以上の構成成分を含む、相分離する混合物から調製されたドープを使用する。選択的に透過性のおよび/または多孔質の材料を介して構成成分を除去したり追加することにより、最終押し出しで繊維相内に通常100から1000nmの直径の1つまたは複数の構成成分の小滴を作るように相分離プロセスを制御することができる。これらは押し出し材の靭性および他の機械的特性を高めるために使用することができる。先細のまたは末広のダイを使用することによって、小滴内に延伸的な流れが好都合に誘起され、繊維相内に向きのそろった細長い充填粒子または空洞を生じさせる。先細のダイは形成される製品の方向と平行な方向に、そのような小滴を向かせ、細長くさせるが、一方、末広のダイはドープの筒状通路内の各粒子の流れの方向を横切るようにフープ内の小滴を向かせる傾向にある。両方の種類の配置を、形成される製品の特性を高めるために使用することができる。さらに、この筒状通路または各筒状通路の選択的に透過性のおよび/または多孔質の壁は、充填粒子の重合を開始させる化学物質を、中へ入れたり外へ出したりするのに使用することができるのは理解されたい。   Another embodiment uses a dope prepared from a phase-separating mixture containing, for example, two or more components that are different proteins. By removing or adding constituents through selectively permeable and / or porous materials, one or more of the constituents, usually 100 to 1000 nm in diameter, in the fiber phase at the final extrusion. The phase separation process can be controlled to produce drops. They can be used to increase the toughness and other mechanical properties of the extruded material. By using a tapered or divergent die, an elongate flow is conveniently induced in the droplets, resulting in oriented elongated packed particles or cavities in the fiber phase. Tapered dies direct such droplets in a direction parallel to the direction of the product to be formed, while elongate dies cross the direction of flow of each particle in the dope cylindrical passage. So that the droplets in the hoop tend to face. Both types of arrangements can be used to enhance the properties of the product formed. In addition, this tubular passage or the selectively permeable and / or porous walls of each tubular passage are used to enter and exit chemicals that initiate the polymerization of the packed particles. Please understand that you can.

ジャケットとして機能する区画室または複数の区画室によって取り囲まれた1つまたは複数の筒状通路を有する押し出し装置は、この分野の技術者に知られた1つまたは2つの段階の鋳造または他の方法によって組み立てることができる。このジャケットは筒状通路を完全に取り巻く必要はない。ジャケットは、必要に応じて異なる形状で有り得る。この筒状通路または各筒状通路およびダイ・アセンブリの出口の単純なまたは複雑な形状を作り出すために、鋳造プロセスを使用することができることは理解されたい。非常に小さな、柔軟性のあるリップを、処理浴の含有物が逃げるのを防止し、必要な場合、材料がダイ・アセンブリの出口から離れた後、任意選択の追加の空気ドロー段階または湿式ドローを可能にする抑制部として機能するように、出口に形成、例えば、鋳造することができる。出口でのこのリップの内面の微視的形状は、押し出された材料の表面被覆の表面組織を改変するために使用することができる。   An extrusion apparatus having one or more cylindrical passages surrounded by a compartment or compartments functioning as a jacket is a one or two stage casting or other method known to those skilled in the art. Can be assembled by. This jacket need not completely surround the cylindrical passage. The jacket can have different shapes as required. It should be understood that a casting process can be used to create a simple or complex shape of this tubular passage or each tubular passage and the outlet of the die assembly. A very small, flexible lip prevents the treatment bath contents from escaping and, if necessary, an optional additional air draw stage or wet draw after the material leaves the die assembly outlet Can be formed, eg, cast, at the outlet to function as a restraint that allows The microscopic shape of the inner surface of this lip at the outlet can be used to modify the surface texture of the surface coating of the extruded material.

本発明の1つの実施形態では、押し出し装置はいわゆるLIGAプロセスを使用して製造される。LIGAプロセスの原理は、Rainer BrueckおよびAndreas Schmidt(Herausgeber). Munich: Hanser Fachbuch, 2001による、著書「Angewandte Mikrotechnik. LIGA-Laser-Feinwerktechnik」に説明されている。   In one embodiment of the invention, the extrusion device is manufactured using a so-called LIGA process. The principle of the LIGA process is described in the book "Angewandte Mikrotechnik. LIGA-Laser-Feinwerktechnik" by Rainer Brueck and Andreas Schmidt (Herausgeber). Munich: Hanser Fachbuch, 2001.

LIGAプロセスでは、電導性基板がレジストの層によって覆われる。このレジストは、通常ポリ(メチル メタクリレート)(PMMPと呼ばれる)ベースのレジストであるが、ポリ(ラクチド・コグリコライド(lacitde-coglycolide))レジスト、ポリイミド・レジストまたは別の適切なレジストでも良い。レジスト・パターンがリソグラフィ技術によってレジスト内に形成される。使用されるリソグラフィ技術は、フォトリソグラフィ、UV−リソグラフィ、またはX線リソグラフィ法を含む。シンクロトロン放射を使用して最小構造が作り出される。別法として、レジスト・パターンはレーザまたは電子アブレーションによって形成することができる。   In the LIGA process, the conductive substrate is covered with a layer of resist. This resist is usually a poly (methyl methacrylate) (referred to as PMMP) based resist, but may be a poly (lacitde-coglycolide) resist, a polyimide resist or another suitable resist. A resist pattern is formed in the resist by lithographic techniques. The lithographic techniques used include photolithography, UV-lithography, or X-ray lithography. The smallest structure is created using synchrotron radiation. Alternatively, the resist pattern can be formed by laser or electron ablation.

代表的にはニッケル、銅、金、NiFeまたはNiPの金属の層が、引き続き電鋳法(electroformation)を使用してレジスト・パターン上に配置される。導電性の基板が取り除かれ、残ったレジスト・パターンは溶解され金型インサート(mould insert)が製造される。次いで金型インサートはプラスチック鋳造コンパウンドによって満たされ、それから押し出し装置が鋳造される。   Typically, a layer of nickel, copper, gold, NiFe or NiP metal is subsequently placed on the resist pattern using electroformation. The conductive substrate is removed and the remaining resist pattern is melted to produce a mold insert. The mold insert is then filled with a plastic casting compound, and then the extrusion device is cast.

さらに例のみとして、ジャケットおよび筒状通路用のサポートも2つまたはそれ以上の構成部品から、レーザ・アブレーションによって、またはこの分野の技術者に知られた他の方法で作成することができる。作成のこの方法はモジュール式であり、多数のそのようなモジュールが同時に多数の繊維または他の形態の製品を製造するために平行に組み立てることができることは理解されたい。シート材料は、そのようなモジュールの列または数列から製造することができる。そのようなモジュール配置によって、マニホールドを使用して、上記筒状通路の入口にドープを供給し、筒状通路を取り囲むジャケットへ処理溶剤、溶液、ガスまたは蒸気を供給し、かつ、これらをジャケットから取り除くことが可能となる。所望の場合には、追加の構成部品を加えることもできる。図示の配置に対する潜在的に可能性のある改変は、この分野の技術者には明らかであろう。   By way of further example only, the support for the jacket and the tubular passage can also be made from two or more components, by laser ablation, or in other ways known to those skilled in the art. It should be understood that this method of making is modular and that many such modules can be assembled in parallel to produce multiple fibers or other forms of product simultaneously. The sheet material can be manufactured from rows or several rows of such modules. With such a module arrangement, a manifold is used to supply the dope to the inlet of the cylindrical passage, supply processing solvent, solution, gas or vapor to the jacket surrounding the cylindrical passage, and these from the jacket. It can be removed. Additional components can be added if desired. Potentially possible modifications to the illustrated arrangement will be apparent to those skilled in the art.

筒状通路の壁が大体においてまたは部分的に半透過性のおよび/または多孔質の材料から構成される紡糸装置を作成する他の方法は、この分野の技術者には公知であろう。例のみとして、これらにはマイクロ−マシニング技術、レーザ・アブレーション技術およびリソグラフィ技術が含まれる。加えるに、半透過性/多孔質材料から大体においてまたは部分的に構成される筒状通路の壁は、電子紡糸(electrospinning)装置などの、別の種類の紡糸装置に組み込むこともできることは理解されたい。   Other methods of making a spinning device in which the walls of the tubular passage are composed of mostly or partially semi-permeable and / or porous materials will be known to those skilled in the art. By way of example only, these include micro-machining technology, laser ablation technology and lithography technology. In addition, it is understood that the wall of the cylindrical passage, which is roughly or partly composed of semipermeable / porous material, can also be incorporated into another type of spinning device, such as an electrospinning device. I want.

上記筒状通路または各筒状通路は、自己起動型かつ自己清掃型に作ることができる。商業的生産中に押し出し材料が紡糸ダイを閉塞することは、時間を浪費し、コストがかかることは理解されたい。この困難を克服するために、筒状通路の壁は、順々に配置される2つまたはそれ以上のジャケットによって構成することができる。これらのジャケットの各々の圧力は、この分野の技能者によって理解されるであろう方法によって、独立的に変化させることができる。ジャケット内の圧力変化を用いて、筒状通路の異なる領域の直径をぜん動ポンプに近似の方法で変化させ、出口にドープをポンプ輸送させて繊維の引き抜きを開始したり閉塞を取り除くことができる。この結果、筒状通路の出口端へ向かってジャケット内の圧力が減少することにより、ジャケット内の筒状通路の弾性壁を拡張させる。ここで、筒状通路の入口端により近い第2のジャケット内の圧力が増大した場合、このジャケットを通り走る筒状通路の壁の領域は、ドープを出口に向かって押しやるように縮小する傾向になる。あるいは、筒状通路に供給するドープの圧力を増大させ、この弾性筒状通路壁の直径を増大させることができる。この両方法は、一緒にまたは連続的に使用することができることは理解されたい。両方法を用いることによって、この通路壁は弾性を備えていることから、筒状通路の直径を増大させ、流れの抵抗を減少させることができる。両方法をもちいることによって、ドープの圧力を増大させると、起動および筒状通路の閉塞を取り除くことにも役立つことに注目されたい。例のみとして、ドープを出口にポンプ輸送して紡糸の開始または閉塞の除去を行うために圧力を付加する別の手段として、ぜん動ポンプに使用されるようなローラを使用することもできることを理解されたい。   The cylindrical passage or each cylindrical passage can be made self-starting and self-cleaning. It should be understood that it is time consuming and costly for the extruded material to block the spinning die during commercial production. In order to overcome this difficulty, the walls of the tubular passage can be constituted by two or more jackets arranged one after the other. The pressure of each of these jackets can be varied independently by methods that will be understood by those skilled in the art. The pressure change in the jacket can be used to change the diameter of the different areas of the cylindrical passage in a manner similar to a peristaltic pump and to pump out the dope at the outlet to initiate fiber withdrawal or remove the blockage. As a result, the pressure in the jacket decreases toward the outlet end of the cylindrical passage, thereby expanding the elastic wall of the cylindrical passage in the jacket. Here, when the pressure in the second jacket closer to the inlet end of the cylindrical passage increases, the area of the wall of the cylindrical passage running through this jacket tends to shrink to push the dope toward the outlet. Become. Alternatively, the pressure of the dope supplied to the cylindrical passage can be increased, and the diameter of the elastic cylindrical passage wall can be increased. It should be understood that both methods can be used together or sequentially. By using both methods, the passage wall is elastic so that the diameter of the tubular passage can be increased and the flow resistance can be reduced. It should be noted that increasing the dope pressure by using both methods also helps to eliminate activation and blockage of the tubular passage. By way of example only, it will be understood that rollers such as those used in peristaltic pumps can be used as another means of applying pressure to pump the dope to the outlet to initiate spinning or remove clogging. I want.

上記筒状通路を取り囲む密閉された区画室内の圧力は、紡糸条件を最適化するために、筒状通路の形状を画成し、改変するよう制御することができる。半透過性のまたは多孔質の膜は、閉塞したダイの除去に役立つ薬剤を導入するために使用することができることも理解されたい。そのような薬剤には、アルカリまたはアルカリ性緩衝液の希釈溶液や、アンモニア蒸気または溶液が含まれる。   The pressure in the sealed compartment surrounding the tubular passage can be controlled to define and modify the shape of the tubular passage to optimize spinning conditions. It should also be understood that semi-permeable or porous membranes can be used to introduce agents that aid in removal of clogged dies. Such agents include dilute solutions of alkali or alkaline buffer, ammonia vapor or solutions.

上記筒状通路または各筒状通路がその長さの全長または一部分に沿って先細の、または末広の形状を有する場合には、ドープ内に含まれるフィラー粒子または短繊維は、それらが筒状通路を通り流れるときに、良く知られた延伸的な流れ原理を利用して、向きを揃えることができる。そのようなフィラー粒子または短繊維の実質上軸方向の向きは、先細の筒状通路によって作り出され、一方、末広の筒状通路は押し出された材料の長軸をほぼ横断するフープ方向の配向を作り出すことは理解されたい。両方の向きのパターンは、繊維に更なる有用な特性を与える。上記筒状通路または各筒状通路の全てのまたは部分の先細または末広の形状は、筒状通路に供給されるかまたはドープ内の相分離プロセスで生じたドープ内に存在するその他の溶剤または溶液、または他の相または複数の相、またはその他の非重合高分子の小さな流体小滴を延伸し、向きを揃える働きもすることを理解されたい。ドープ内での延伸された相分離の存在、先細のまたは末広の筒状通路によって形成される延伸され、よく方向のそろった細い介在物の存在は、押し出された材料に追加の有用な特性を与える。   When the cylindrical passage or each cylindrical passage has a tapered or divergent shape along the entire length or a part of its length, the filler particles or short fibers contained in the dope are the cylindrical passage. When flowing through, the orientation can be aligned using the well-known stretching flow principle. The substantially axial orientation of such filler particles or short fibers is created by a tapered tubular passage, while the divergent tubular passage has a hoop orientation substantially transverse to the major axis of the extruded material. It should be understood that it is created. Both orientation patterns give the fiber additional useful properties. The tapered or divergent shape of all or part of the tubular passages or each tubular passage is supplied to the tubular passage or other solvent or solution present in the dope produced by the phase separation process in the dope It should also be understood that it also serves to stretch and orient small fluid droplets of other phases or phases, or other non-polymerized polymers. The presence of stretched phase separation within the dope, the presence of stretched, well-oriented narrow inclusions formed by tapered or divergent cylindrical passages, add additional useful properties to the extruded material. give.

この装置は、所望により、2本またはそれ以上の繊維を平行に形成させ、互いの周りに撚り(twist)、捲縮させ(cramp)または巻枠(former)上に巻きつけ、または被覆し若しくは被覆しないままにするように配置することができる。繊維は、この分野の技術者に理解されているように、「島海状(sea and island)」の複合材を生じさせるように、被覆浴を通して、そして引き続き先細りダイを通して引っ張ることができる。1つまたは複数列のダイ、またはスリット若しくは環状の開口を有する1つまたは複数のダイをシート材料の形成のために使用することができる。   This device optionally forms two or more fibers in parallel, twists around each other, crimps or wraps or coats on a former or It can be arranged to remain uncoated. The fiber can be pulled through the coating bath and subsequently through the tapering die to produce a “sea and island” composite, as understood by those skilled in the art. One or more rows of dies or one or more dies having slits or annular openings can be used for forming the sheet material.

図1は、液晶高分子若しくは他の高分子または高分子混合物などの押し出し溶液から押し出し材料を形成するための概略装置を示す。この装置は、ドープ25を収容するドープ貯槽1、通常の動作条件下で一定の出力圧力を保持する圧力調整バルブまたはポンプ手段2、接続パイプ3、およびさらに図2から5で説明する少なくとも1つの紡糸チューブまたはダイを備える紡糸ダイ・アセンブリ4を備える。任意の既知の構造の巻取りドラム5が、ある引き抜き速度で引き抜き、一定の巻取り張力でダイ・アセンブリ3の出口から出て来る押し出された材料をリールに巻き取る。圧力調整バルブまたはポンプ手段2は、この分野の技術者に通常知られている一定圧力を常時生み出す任意の装置でよい。   FIG. 1 shows a schematic apparatus for forming an extrusion material from an extrusion solution such as a liquid crystal polymer or other polymer or polymer mixture. This device comprises a dope reservoir 1 containing a dope 25, a pressure regulating valve or pump means 2 for maintaining a constant output pressure under normal operating conditions, a connecting pipe 3 and at least one further described in FIGS. A spinning die assembly 4 comprising a spinning tube or die is provided. A winding drum 5 of any known construction is drawn at a drawing speed and takes up the extruded material coming out from the outlet of the die assembly 3 with a constant winding tension on the reel. The pressure regulating valve or pump means 2 may be any device that constantly produces a constant pressure, usually known to those skilled in the art.

図1に示す配置は純粋に例示であり、図1に示す配置に対する追加の構成部品はこの分野の技術者には明らかであろう。使用時、ドープ25が調整バルブまたはポンプ手段2による一定の低い圧力で、供給接続パイプ3を介して原料貯槽1から紡糸ダイ・アセンブリ4の入口に移される。   The arrangement shown in FIG. 1 is purely exemplary and additional components to the arrangement shown in FIG. 1 will be apparent to those skilled in the art. In use, the dope 25 is transferred from the raw material reservoir 1 to the inlet of the spinning die assembly 4 via the supply connection pipe 3 at a constant low pressure by means of a regulating valve or pump means 2.

この装置はさらに、70に概略的に示す1つまたは複数のセンサを備えることができる。この1つまたは複数のセンサ70は、マイクロプロセッサ75に接続され、マイクロプロセッサはこの1つまたは複数のセンサ70から出力を受け取る。センサ70は、ダイ・アセンブリ4と一体であること、すなわち同時に同じ製造段階で組み立てることが好ましい。マイクロプロセッサ75の出力は、押し出し速度、巻取り張力引っ張り速度およびpHなどの押し出しプロセスのパラメータを制御するために使用することができる。マイクロプロセッサ75の構成部品は、装置と一体で作ることができることもさらに理解されたい。特に、この構成部品は、装置の他の部品と一緒に組み立てることができる。   The apparatus can further comprise one or more sensors schematically shown at 70. The one or more sensors 70 are connected to a microprocessor 75 that receives output from the one or more sensors 70. The sensor 70 is preferably integral with the die assembly 4, i.e. assembled at the same manufacturing stage at the same time. The output of the microprocessor 75 can be used to control parameters of the extrusion process such as extrusion speed, take-up tension pull rate and pH. It should further be appreciated that the components of the microprocessor 75 can be made integral with the device. In particular, this component can be assembled together with other parts of the device.

ダイ・アセンブリ4をより詳細に図2および3に示す。ダイ・アセンブリ4は、第2の紡糸チューブまたはダイ12の上流側に第1の紡糸チューブまたはダイ8を備え、これらのダイが共にダイ・アセンブリ4を通る紡糸溶液25のための筒状通路17を画成する。ダイ12は、内壁18を有し、最初のゾーン60および後続のゾーン62に分割されている。ダイ8および12は、セルロース・アセテート膜またはシートなどの半透過性のおよび/または多孔質の材料からできている。適切な半透過性のおよび/または多孔質の材料の別の例には、蛋白質を含有するドープを紡糸に適した状態に保持するために役立つ、ジエチルアミノエチルまたはカルボキシルまたはカルボキシメチル基がある。ポリスルフォン、ポリエチレンオキサイド−ポリスルフォン混合物、シリコンまたはポリアクリロニトリルから作られた中空繊維膜などの、中空繊維膜材料も使用することができる。半透過性膜用に選択される排除限界は、紡糸ドープ25の構成成分の小さな分子量のサイズに依存するが、通常は12キロダルトン(kDa)より小さい。   The die assembly 4 is shown in more detail in FIGS. The die assembly 4 comprises a first spinning tube or die 8 upstream of the second spinning tube or die 12, both of which are cylindrical passages 17 for the spinning solution 25 passing through the die assembly 4. Is defined. The die 12 has an inner wall 18 and is divided into an initial zone 60 and a subsequent zone 62. Dies 8 and 12 are made of a semi-permeable and / or porous material such as a cellulose acetate membrane or sheet. Another example of a suitable semi-permeable and / or porous material is a diethylaminoethyl or carboxyl or carboxymethyl group which serves to keep the dope containing the protein in a state suitable for spinning. Hollow fiber membrane materials such as polysulfone, polyethylene oxide-polysulfone mixtures, hollow fiber membranes made from silicon or polyacrylonitrile can also be used. The exclusion limit chosen for the semipermeable membrane depends on the small molecular weight size of the components of the spinning dope 25, but is usually less than 12 kilodaltons (kDa).

ダイ8は、その上流端でダイ・アセンブリ4の入口端に位置するテーパ付きのアダプタ6によって保持され、その下流端でダイ・アセンブリ4に内部的に位置するテーパ付きのアダプタ7によって保持される。ダイ8は、その上流端でアダプタ7によって保持され、その下流端でダイ・アセンブリ4の出口で差し口(spigot)13によって保持される。ダイ8は、先細の、好ましくは双曲線の内部通路を有し、その幾何学的テーパはダイ12の内部通路と連続していることが好ましい。これは、紡糸チューブまたはダイを装置内に嵌合する前に、組み立て中に半透過性のチューブまたはダイを、適切にテーパを付けた加温されたマンドレル内で柔らかくすることによって、またはこの分野の技能者に理解されるその他の方法によって達成できる。ダイ8および12の内部通路は共に、紡糸溶液のダイ・アセンブリ4の入口から出口への筒状通路17を形成する。   The die 8 is held at its upstream end by a tapered adapter 6 located at the inlet end of the die assembly 4 and at its downstream end is held by a tapered adapter 7 located internally in the die assembly 4. . The die 8 is held by an adapter 7 at its upstream end and held by a spigot 13 at the outlet of the die assembly 4 at its downstream end. The die 8 has a tapered, preferably hyperbolic, internal passage, and its geometric taper is preferably continuous with the internal passage of the die 12. This can be done by softening the semi-permeable tube or die in a suitably tapered heated mandrel during assembly before fitting the spinning tube or die into the device or in this field It can be achieved by other methods understood by skilled workers. The internal passages of the dies 8 and 12 together form a cylindrical passage 17 from the inlet to the outlet of the spinning solution die assembly 4.

ダイ8を取り囲むジャケット9は、紡糸チューブまたはダイ8内の処理条件を制御するために、例えば、溶剤、溶液、ガスまたは蒸気などの流体を含むことができる。ジャケット9は、ジャケット内外の、流体の流れを制御するために、入口10および出口11が取り付けられている。別のジャケット14がチューブまたはダイ12を取り囲み、ダイ12の半透過性/多孔質壁に接触する流体、例えば、溶剤、溶液またはガスがジャケット14内外に通過することができるように流体入口15および流体出口16が取り付けられている。   The jacket 9 surrounding the die 8 can include a fluid such as a solvent, solution, gas or vapor to control the processing conditions within the spinning tube or die 8. The jacket 9 is provided with an inlet 10 and an outlet 11 in order to control the flow of fluid inside and outside the jacket. A separate jacket 14 surrounds the tube or die 12 and a fluid inlet 15 and fluid, such as a solvent, solution or gas that contacts the semi-permeable / porous wall of the die 12 can pass into and out of the jacket 14. A fluid outlet 16 is attached.

図示の半透過性の壁を有するダイ8の代替として、ダイ8は半透過性または多孔質ではない材料から構成することができるが、テーパ付き、例えば、先細であることが好ましく、ジャケット9内を所定の温度で循環する流体によって温度制御することができる。   As an alternative to the illustrated die 8 having a semi-permeable wall, the die 8 can be constructed from a material that is not semi-permeable or porous, but is preferably tapered, eg, tapered, within the jacket 9 Can be controlled by a fluid circulating at a predetermined temperature.

動作では、紡糸溶液またはドープ25、例えば、高分子溶液がダイ8の入口に供給され、ドープが筒状通路17に沿って通過するとき、第1にダイ8を通過するときに処理され、第2にダイ12を通過するときに処理される。ジャケット9を通過する流体は、単にドープ25を正しい温度に加熱または保持し、またはダイ8の壁に正しい外部圧力を加えるのに役立たせることもできる。この場合は、ダイの壁が半透過性のおよび/または材料から作られることは不可欠ではない。蛋白質含有ドープ25の押し出し用のダイ8および12の温度は、通常約20℃に保たなければならないが、紡糸は2℃までの低温から40℃までの高温で行うことができる。ドープの押し出しのためのダイ8および12の温度は、より一般的には、材料がその温度で破壊されない場合は100℃までの高温も可能である。筒状通路17の壁を取り囲むジャケット内の流体、液体またはガスの圧力は、ドープ25がダイ・アセンブリ4に供給される圧力に近い圧力に通常保たれる。しかしながら、この圧力はダイの形状および一般に柔軟性のある半透過性のおよび/または多孔質の膜の強さに応じて若干高くまたは低くすることができる。ドープ25の「化学」処理は、ドープ25がダイ12を通り移動するときに、「ドローダウン」中に起きるが、ダイ8の壁が少なくとも部分的に半透過性の材料でできている場合は、ドープ25がダイ8を通り移動するときに起きてもよい。図2および3における、ドープ25の12Aの位置でのダイ12の壁からの突然の引き離しは、「繊維」の内部ドローダウンを示す。これは最初のゾーン60とそれに続くゾーン62の境界で起きる。既存のプロセスではドローダウンがダイの外側開口部13(すなわち、押し出しオリフィス)で常に開始し、その前では開始しないので、これが本発明の1つの特徴である。12Aの位置でのダイ壁からの「繊維」の引き離しは、筒状ダイ12の中で、新しい表面を作り出す伸張流を作るのに必要な力が、ドープがダイ壁と接触してダイ12を通り流れるのに必要な力以下に、丁度なった場所で起きる。ここは、内壁18の表面エネルギーがドープ25の表面エネルギーより低くなる場所である。12Aの位置は、ドープの変動するレオロジー特性、引き抜きの速度および力、ダイ12の表面特性、ダイ12のライニングの表面特性、並びにドープおよびドープを取り囲む水性の相の特性に依存する。12Aの位置は外部開口又は差し口(spigot)13から少なくとも0.5mmとすべきである。   In operation, a spinning solution or dope 25, for example a polymer solution, is supplied to the inlet of the die 8 and is processed when the dope passes along the cylindrical passage 17, first when it passes through the die 8, 2 is processed when passing through the die 12. The fluid passing through the jacket 9 may simply help to heat or hold the dope 25 at the correct temperature or to apply the correct external pressure to the die 8 wall. In this case, it is not essential that the die walls are made of semi-permeable and / or material. The temperature of the dies 8 and 12 for extruding the protein-containing dope 25 must normally be kept at about 20 ° C., but spinning can be performed at a low temperature of 2 ° C. to a high temperature of 40 ° C. The temperature of the dies 8 and 12 for dope extrusion can more generally be as high as 100 ° C. if the material is not destroyed at that temperature. The pressure of the fluid, liquid or gas in the jacket surrounding the wall of the cylindrical passage 17 is usually kept close to the pressure at which the dope 25 is supplied to the die assembly 4. However, this pressure can be slightly higher or lower depending on the shape of the die and the strength of the generally flexible semi-permeable and / or porous membrane. The “chemical” treatment of the dope 25 occurs during “drawdown” as the dope 25 moves through the die 12, but if the walls of the die 8 are made of at least partially semi-permeable material. This may happen when the dope 25 moves through the die 8. 2 and 3, the sudden pull away from the wall of the die 12 at the 12A position of the dope 25 indicates an internal drawdown of the “fiber”. This occurs at the boundary between the first zone 60 and the subsequent zone 62. This is one feature of the present invention because in existing processes, drawdown always begins at the outer opening 13 (ie, the extrusion orifice) of the die and not before it. The pulling of the “fibers” from the die wall at the 12A position is such that the force required to create an extension flow in the cylindrical die 12 that creates a new surface causes the dope to contact the die wall and cause the die 12 to move. Wake up in a place exactly below the force required to flow through. This is a place where the surface energy of the inner wall 18 is lower than the surface energy of the dope 25. The position of 12A depends on the varying rheological properties of the dope, the speed and force of drawing, the surface properties of the die 12, the surface properties of the lining of the die 12, and the properties of the aqueous phase surrounding the dope and dope. The position of 12A should be at least 0.5 mm from the external opening or spigot 13.

本発明の一つの実施形態では、ダイ12の内壁18の表面66には、12Aの位置での繊維のドローダウンを容易にするために、隆起部(ridge)68が設けられている。これを図6および7に示す。これらの隆起部68は、ダイ12の直径の通常10%より低い高さを有する。通常はこの位置でのダイ12の直径は20μmであり、隆起部68は0.5μmの高さである。この隆起部68は、100nmから20μmの高さの間であり得る。繊維のドローダウンは、ダイ8およびダイ12の最初のゾーン60内で、ドープ25内の棒状のユニット64が内壁18に実質上垂直に配置されるので起きると考えられている。12Aの位置で、これらの棒状のユニットは、ドープ内で「混転(tumble)」を開始し、その結果粘性を増加させ、ドープ25の表面エネルギーを低下させる。これがドープのレオロジーに変化を生じさせ、内壁18上の隆起部68の存在に補助され、繊維のドローダウンの開始を助ける。   In one embodiment of the invention, the surface 66 of the inner wall 18 of the die 12 is provided with a ridge 68 to facilitate fiber drawdown at 12A. This is shown in FIGS. These ridges 68 have a height that is typically less than 10% of the diameter of the die 12. Normally, the diameter of the die 12 at this position is 20 μm, and the raised portion 68 is 0.5 μm high. This ridge 68 can be between 100 nm and 20 μm high. Fiber drawdown is believed to occur because the rod-like unit 64 in the dope 25 is positioned substantially perpendicular to the inner wall 18 in the first zone 60 of the die 8 and die 12. At the 12A position, these rod-like units begin “tumble” within the dope, resulting in an increase in viscosity and a reduction in the surface energy of the dope 25. This causes a change in the rheology of the dope, aided by the presence of the ridges 68 on the inner wall 18 and helps initiate fiber drawdown.

この分野の技能者に通常理解されるように、上記ジャケットに供給される溶液、溶剤、ガスまたは蒸気の温度、pH、浸透圧、コロイド浸透圧、溶剤成分、イオン成分、静水圧または他の物理的または化学的要因が筒状通路17の内側の状態を、そしてその結果押し出しプロセスを制御または調整する。このジャケット9に供給される流体の化学物質は、筒状通路17の半透過性のおよび/または多孔質の壁を通過することができ、そこを通過するドープ25を「処理」する。ドープ25中の化学物質が、筒状通路17の半透過性のおよび/または多孔質の壁を外側に通過することもできる。ドープ17に供給される流体は、使用されるドープ25の種類および使用される半透過性のおよび/または多孔質の膜によって明らかに変わる。しかしながら、例のみとして、濃縮された蜘蛛の主瓶嚢腺蛋白質(major ampullate gland protein)溶液の紡糸のためには、蛋白質のフォールデング状態(folded state)を維持するのに役立つように、ジャケット9は通常pH7.4の100ミリモル(mM)のトリス(Tris)またはPIPES緩衝溶液、および400ミリモルの塩化ナトリウムを含むことができる。ジャケット14は、蛋白質の非フォールデング/再フォールデングを促進させるために、より低いpH、通常5.0より低い、100ミリモルの酢酸アンモニウム緩衝溶液、および250ミリモルの塩化カリウムを含むことができる。ドープ25内の水の濃度を維持または減少させるために、両方のジャケット内の溶液に高分子量のポリエチレン・グリコールを加えることができる。   As is commonly understood by those skilled in the art, the temperature, pH, osmotic pressure, colloid osmotic pressure, solvent component, ionic component, hydrostatic pressure or other physics supplied to the jacket. Mechanical or chemical factors control or regulate the condition inside the cylindrical passage 17 and consequently the extrusion process. The fluid chemistry supplied to the jacket 9 can pass through the semi-permeable and / or porous walls of the cylindrical passage 17 and “treat” the dope 25 passing therethrough. Chemicals in the dope 25 can also pass outwardly through the semi-permeable and / or porous walls of the cylindrical passage 17. The fluid supplied to the dope 17 will obviously vary depending on the type of dope 25 used and the semi-permeable and / or porous membrane used. However, by way of example only, for spinning of a concentrated major ampullate gland protein solution, jacket 9 is used to help maintain the protein folded state. Can usually contain 100 millimolar (mM) Tris or PIPES buffer solution at pH 7.4 and 400 millimolar sodium chloride. Jacket 14 can include a lower pH, typically below 5.0, 100 millimolar ammonium acetate buffer solution, and 250 millimolar potassium chloride to promote protein non-folding / refolding. High molecular weight polyethylene glycol can be added to the solution in both jackets to maintain or reduce the concentration of water in the dope 25.

紡糸チューブまたはダイ12を、テーパ付きのカラー7と差し口13の間で束ね(hank)、コイルにし、または他の方法で配置することができることは理解できよう。出口13の直径及び断面形状は、形成される材料の直径および断面形状に適合するように変更し、調整することができる。円形の断面を有する形成製品用には、出口の典型的な直径は1から100μmであり、筒状通路17への入口の典型的な直径は、伸張流の程度に応じて出口直径より25から150倍大きいであろう。図2に示す配置および比率は純粋に例示的であり、したがって、所望の場合、追加の構成部品を加えることができることは理解されたい。図2に示す配置に対する潜在的に可能な改変は、この分野の技術者には明らかであろう。   It will be appreciated that the spinning tube or die 12 can be hank, coiled or otherwise disposed between the tapered collar 7 and the spout 13. The diameter and cross-sectional shape of the outlet 13 can be changed and adjusted to match the diameter and cross-sectional shape of the material to be formed. For formed products having a circular cross-section, the typical diameter of the outlet is 1 to 100 μm, and the typical diameter of the inlet to the tubular passage 17 is 25 to less than the outlet diameter depending on the extent of the extension flow. It will be 150 times bigger. It should be understood that the arrangements and ratios shown in FIG. 2 are purely exemplary and therefore additional components can be added if desired. Potentially possible modifications to the arrangement shown in FIG. 2 will be apparent to those skilled in the art.

図4は、3つの「ジャケット」14を画成するハウジング内に取り付けられた3つの紡糸チューブまたはダイ12を含むモジュールを示す。前述の実施形態と同じ番号付けが、同じまたは同様な部品を特定するために使用される。図2に示す配置および比率は純粋に例示的であり、したがって、所望の場合、追加の構成部品を加えることができる。図4に示す配置に対する潜在的に可能な改変は、いくつかのまたはそれ以上のダイ12またはジャケット14を設けることを含め、この分野の技術者には明らかであろう。   FIG. 4 shows a module that includes three spinning tubes or dies 12 mounted in a housing that defines three “jackets” 14. The same numbering as in the previous embodiment is used to identify the same or similar parts. The arrangements and ratios shown in FIG. 2 are purely exemplary and therefore additional components can be added if desired. Potentially possible modifications to the arrangement shown in FIG. 4 will be apparent to those skilled in the art, including providing some or more dies 12 or jackets 14.

図5は、図4に示す装置から組み立てられる2つまたはそれ以上のモジュール・ユニットが、複数の押し出し繊維を製造することができるように、どのように互いに保持することができるかを示す。図5に示す配置および比率は純粋に例示的であり、したがって、所望の場合、追加の構成部品を加えることができることは理解されたい。図5に示す配置に対する潜在的に可能な改変は、この分野の技術者には明らかであろう。   FIG. 5 shows how two or more module units assembled from the apparatus shown in FIG. 4 can be held together so that multiple extruded fibers can be produced. It should be understood that the arrangements and ratios shown in FIG. 5 are purely exemplary and therefore additional components can be added if desired. Potentially possible modifications to the arrangement shown in FIG. 5 will be apparent to those skilled in the art.

筒状通路の壁の透過率または空隙率は、筒状通路の全長にわたり同じにすることができる。しかしながら、別法として、筒状通路17が複数の処理ゾーンを経る場合は、筒状通路の壁の透過率/空隙率は処理ゾーンから処理ゾーンへと、筒状通路の壁に異なる半透過性または多孔質の材料を使用して変更することができる。したがって、筒状通路17の壁は、筒状通路の全長にわたり同じ透過率の半透過性材料、筒状通路の異なる部分に対して異なる透過率の半透過性材料、筒状通路17の全長にわたり同じ空隙率の多孔質材料、通路の異なる部分に対して異なる空隙率の多孔質材料、または筒状通路の長さの1つまたは複数の部分に対して半透過性の材料および筒状通路の1つまたは複数の部分に対して多孔質材料を備えることができる。上述のように、筒状通路の壁のある部分は非透過性であることもできる。例のみとして、適切な半透過性材料には、セルロース誘導体、発泡ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリスルフォン、ポリエチレンオキサイド・ポリスルフォン混合物、シリコン・ポリアクリロニトリル混合物がある。例のみとして、適切な多孔質材料には、ポリアクリレート、ポリ(ラクチド・コグリコライド(lacitde-coglycolide))、多孔質PTFE、多孔質シリコン、多孔質ポリエチレン、セルロース誘導体およびキトサンがある。   The transmittance or porosity of the wall of the tubular passage can be the same over the entire length of the tubular passage. However, as an alternative, if the tubular passage 17 passes through a plurality of treatment zones, the permeability / voidage of the wall of the tubular passage is different from the treatment zone to the treatment zone and the semi-permeability of the tubular passage Or it can be changed using a porous material. Therefore, the wall of the cylindrical passage 17 is provided over the entire length of the tubular passage 17 over the entire length of the tubular passage 17. Porous material of the same porosity, porous material of different porosity for different parts of the passage, or semi-permeable material and part of the tubular passage for one or more parts of the length of the tubular passage A porous material can be provided for one or more portions. As described above, certain portions of the wall of the tubular passage can be impermeable. By way of example only, suitable semipermeable materials include cellulose derivatives, expanded polytetrafluoroethylene (PTFE), polysulfone, polyethylene oxide-polysulfone mixtures, silicon-polyacrylonitrile mixtures. By way of example only, suitable porous materials include polyacrylates, poly (lacitde-coglycolide), porous PTFE, porous silicon, porous polyethylene, cellulose derivatives and chitosan.

本発明装置は、合成の、人工の、天然の、改変のものを問わず、リオトロピック液晶高分子の全ての溶液から、あるいは組換え蛋白質またはそれらに由来する類似物またはそれらの混合物の共重合体混合物または溶液からシートの繊維を形成するのに適していることを理解されたい。例のみとして、これらは、コラーゲン、ある種のセルロース誘導体、スピッドロイン(spidroin)、フィブロイン(fibroin)、スピッドロインまたはフィブロイン・ベースの組換え蛋白質類似物、およびポリ(p−フェニレン・テレフタレート)を含む。この方法は、他の高分子または高分子混合物について使用するためにも適しており、それらは水性または非水性であれ溶媒に溶解すればよく、蛋白質溶液、セルロースまたはキチン溶液であってもよい。1つまたは複数の半透過性のおよび/または多孔質の処理ゾーンは、シート材料を形成するために使用される実質的に環状のまたは細長いスリット開口部を有するダイまたはダイ・アセンブリにも使用することができることを理解されたい。   The device of the present invention is a copolymer of synthetic, artificial, natural, modified, all solutions of lyotropic liquid crystal polymers, or recombinant proteins or analogs derived therefrom or mixtures thereof. It should be understood that it is suitable for forming sheet fibers from a mixture or solution. By way of example only, these include collagen, certain cellulose derivatives, spidroin, fibroin, spidloin or fibroin-based recombinant protein analogs, and poly (p-phenylene terephthalate). This method is also suitable for use with other polymers or polymer mixtures, which may be aqueous or non-aqueous, dissolved in a solvent, and may be a protein solution, cellulose or chitin solution. One or more semi-permeable and / or porous processing zones are also used for dies or die assemblies having substantially annular or elongated slit openings used to form sheet material. Please understand that you can.

紡糸溶液から押し出し材料を形成する装置の全体的な概略図である。1 is an overall schematic view of an apparatus for forming an extruded material from a spinning solution. 図1に示す装置のダイ・アセンブリの長手軸に沿った、概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view along the longitudinal axis of the die assembly of the apparatus shown in FIG. 1. 図2に示すダイ・アセンブリの概略斜視図である。FIG. 3 is a schematic perspective view of the die assembly shown in FIG. 2. 本発明による装置のダイ・アセンブリの別の実施形態を示す、概略分解図である。FIG. 6 is a schematic exploded view showing another embodiment of a die assembly of an apparatus according to the present invention. 複数の繊維を押し出すことができるように、1つのユニット内に一緒に組み立てられた図4の多数のダイ・アセンブリを示す図である。FIG. 5 shows the multiple die assemblies of FIG. 4 assembled together in one unit so that multiple fibers can be extruded. 筒状通路内で棒状の要素の混転を示す図である。It is a figure which shows tumbling of a rod-shaped element within a cylindrical channel | path. 筒状通路の断面図である。It is sectional drawing of a cylindrical channel | path.

Claims (32)

材料(25)を押し出すことができる通路(17)を備えた、複数の調節モジュール(4)の第1の開口部に第1の端部で接続された少なくとも1つの第1の貯槽(1)を備えた押し出し装置であって、該押し出し装置(4)は、断面積1平方メートル当たり少なくとも1,000の通路(17)を有する、押し出し装置。   At least one first reservoir (1) connected at a first end to a first opening of a plurality of adjustment modules (4) with a passageway (17) through which material (25) can be extruded. An extrusion apparatus comprising: an extrusion apparatus (4) having at least 1,000 passages (17) per square meter of cross-sectional area. 前記調節モジュール(4)がさらに少なくとも1つの第2の貯槽を備える、請求項1に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to claim 1, wherein the adjustment module (4) further comprises at least one second reservoir. 前記第2の貯槽が、前記通路(17)の少なくとも1つのうちの、少なくとも1つの開口部に流体的に接続される請求項2に記載の押し出し装置。   3. Extrusion device according to claim 2, wherein the second reservoir is fluidly connected to at least one opening of at least one of the passages (17). さらにセンサ(70)を備える、請求項1〜3のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a sensor (70). 以下のセンサ:圧力センサ、温度センサ、化学センサ、pHセンサおよび/または光散乱センサ、のうちの少なくとも1つをさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of claims 1 to 4, further comprising at least one of the following sensors: a pressure sensor, a temperature sensor, a chemical sensor, a pH sensor and / or a light scattering sensor. 前記調節モジュール(4)の少なくとも1つが、少なくとも1つの単独のセンサ(70)を備える、請求項1〜5のいずれか一項に記載の押し出し装置。   6. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein at least one of the adjustment modules (4) comprises at least one single sensor (70). 前記センサが前記調節モジュール(4)と一体である、請求項1〜6のいずれか一項に記載の押し出し装置。   7. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the sensor is integral with the adjustment module (4). 前記調節モジュール(4)がまたさらに1つまたは複数のポンプ(2)を備える、請求項1〜7のいずれか一項に記載の押し出し装置。   8. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the adjustment module (4) also further comprises one or more pumps (2). 前記調節モジュール(4)がまたさらに圧電または振動ポンプ(2)を備える、請求項1〜8のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the adjustment module (4) further comprises a piezoelectric or vibration pump (2). 前記筒状通路(17)が流れの入口を有する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の押し出し装置。   10. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the tubular passage (17) has a flow inlet. 前記通路(17)の内壁が透過性の材料から作られている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の押し出し装置。   11. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the inner wall of the passage (17) is made from a permeable material. 前記調節モジュール(4)が射出成形される、請求項1〜11のいずれか一項に記載の押し出し装置。   12. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the adjustment module (4) is injection molded. 前記調節モジュール(4)がアブレーションによって形成される、請求項1〜12のいずれか一項に記載の押し出し装置。   13. Extrusion device according to any one of the preceding claims, wherein the adjustment module (4) is formed by ablation. 動作時に、前記材料(25)が、前記通路(17)内の外側出口開口部(13)から少なくとも0.5mm離れた第1の距離でドローダウンされる、請求項1〜13のいずれか1項に記載の押し出し装置。   14. In operation, the material (25) is drawn down at a first distance at least 0.5 mm away from the outer outlet opening (13) in the passage (17). The extrusion apparatus as described in a term. 前記通路(17)の1つ中の最初のゾーン内の材料(25)の成分が、前記通路(17)の内部表面に実質的に垂直な棒状のユニット(64)を形成する、請求項1〜14のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The component of material (25) in the first zone in one of said passages (17) forms a rod-like unit (64) substantially perpendicular to the inner surface of said passage (17). The extrusion apparatus as described in any one of -14. 前記通路(17)の1つの後続のゾーン(62)内の材料(25)の成分が、材料(25)が前記通路(17)内を流れるとき混転する棒状のユニット(64)を有する、請求項1〜15のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The component of the material (25) in one subsequent zone (62) of the passage (17) has a rod-like unit (64) that tumbles when the material (25) flows in the passage (17); The extrusion apparatus as described in any one of Claims 1-15. 前記通路(17)の内部表面上に複数の隆起部(60)を有する隆起表面(66)をさらに備える、上記請求項1〜16のいずれか一項に記載の押し出し装置。   17. Extrusion device according to any one of the preceding claims, further comprising a raised surface (66) having a plurality of raised portions (60) on the inner surface of the passage (17). 前記隆起部(60)の高さが前記通路(17)の直径の10%より低い、請求項17に記載の押し出し装置。   18. Extrusion device according to claim 17, wherein the height of the ridge (60) is less than 10% of the diameter of the passage (17). 前記隆起表面(66)が前記材料(25)の表面エネルギーより低い表面エネルギーを有する、請求項17または18に記載の押し出し装置。   19. Extrusion device according to claim 17 or 18, wherein the raised surface (66) has a lower surface energy than the surface energy of the material (25). 前記隆起部(60)が実質上前記筒状通路(17)の長軸に沿って向いている、請求項17から19のいずれか一項に記載の押し出し装置。   20. Extrusion device according to any one of claims 17 to 19, wherein the raised portion (60) is oriented substantially along the long axis of the tubular passage (17). 前記隆起部(60)が疎水性の材料で作られる、請求項17から20のいずれか一項に記載の押し出し装置。   21. Extrusion device according to any one of claims 17 to 20, wherein the ridge (60) is made of a hydrophobic material. 前記隆起部(60)が疎水性の材料で被覆される、請求項17から20のいずれか一項に記載の押し出し装置。   21. Extrusion device according to any one of claims 17 to 20, wherein the ridge (60) is coated with a hydrophobic material. 前記ドローダウンが前記隆起形状の表面被覆(66)に実質的に隣接して起きる、請求項17から22のいずれか一項に記載の押し出し装置。   23. Extrusion device according to any one of claims 17 to 22, wherein the drawdown occurs substantially adjacent to the raised shaped surface covering (66). 前記材料(25)が液晶高分子である、請求項1〜23のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of claims 1 to 23, wherein the material (25) is a liquid crystal polymer. 清掃装置をさらに備える、請求項1〜24のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of claims 1 to 24, further comprising a cleaning device. 前記清掃装置が前記通路(17)の透過性の内壁からなり、それを通して洗浄剤が導入される、請求項25に記載の押し出し装置。   26. Extrusion device according to claim 25, wherein the cleaning device consists of a permeable inner wall of the passage (17) through which a cleaning agent is introduced. 前記洗浄剤がアルカリ性の流体である、請求項26に記載の押し出し装置。   27. The extrusion device of claim 26, wherein the cleaning agent is an alkaline fluid. 前記センサ(70)に接続されたマイクロプロセッサ(75)をさらに備える、請求項3から27のいずれか一項に記載の押し出し装置。   28. Extrusion device according to any one of claims 3 to 27, further comprising a microprocessor (75) connected to the sensor (70). 前記マイクロプロセッサ(75)が前記押し出し装置の少なくとも1つのパラメータを制御する信号を送るための出力を有する、請求項28に記載の押し出し装置。   29. Extrusion device according to claim 28, wherein the microprocessor (75) has an output for sending a signal to control at least one parameter of the extrusion device. 前記マイクロプロセッサ(75)が前記調節モジュール(4)と一体である、請求項28または29に記載の押し出し装置。   30. Extrusion device according to claim 28 or 29, wherein the microprocessor (75) is integral with the adjustment module (4). 前記押し出し装置が紡糸装置である、請求項1〜30のいずれか一項に記載の押し出し装置。   The extrusion device according to any one of claims 1 to 30, wherein the extrusion device is a spinning device. 請求項1〜31のいずれか一項に記載の押し出し装置から形成される物体。

The object formed from the extrusion apparatus as described in any one of Claims 1-31.

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